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Lippia alba é uma espécie medicinal com ampla diversidade fenotípica, incluindo a composição do óleo essencial. A variação genética é provavelmente a principal causa dessa variação. A espécie foi descrita como um complexo poliploide com cinco números cromossômicos (2n=30, 38, 45, 60 e 90). Devido à importância econômica e à variação genética natural, essa espécie representa um excelente modelo em estudos sobre estabilidade genômica. Este trabalho teve como objetivo investigar a estabilidade genômica de 22 acessos naturais cultivados in vitro durante sete anos e em acessos poliploides sintéticos obtidos a partir da duplicação cromossômica de um acesso diploide natural usando colchicina. Para analisar a estabilidade do genoma de plantas cultivadas a longo prazo, foram analisadas quatro plantas (três mantidas in vitro e uma no campo) de 22 acessos. O tamanho do genoma foi verificado por citometria de fluxo e oito marcadores ISSR foram utilizados para verificara estabilidade em nível de sequencia de DNA. Para avaliar a estabilidade genômica após a poliploidização, onze plantas poliploides sintéticas, sendo 5 tetraploides (4X) e 6 mixoploides (2X / 4X) foram comparadas com a planta matriz diploide. As comparações foram baseadas no conteúdo de DNA, contagem cromossômica, marcadores moleculares ISSR e SSR e no perfil químico do óleo essencial. A comparação entre as plantas mantidas in vitro e as respectivas plantas mantidas no campo mostrou que 13 dos 22 acessos sofreram uma pequena redução no tamanho do genoma. Os marcadores ISSR detectaram polimorfismos na sequência de DNA variando de 1,61 a 33,87%. Somente três acessos não apresentaram bandas polimórficas. O número de bandas polimórficas entre os outros 19 acessos variou de um a 21. A análise da ploidia das plantas poliploides sintéticas realizada em folhas e raízes confirmou a estabilidade das plantas tetraploides. As plantas mixoploides apresentaram um único pico G1 correspondente a plantas triploides. A análise cromossômica revelou 60 cromossomos com 12 sítios de DNAr 45S nas plantas tetraploides e 9 sítios de DNAr 45S nos 45 cromossomos observados nas plantas triploides. Os marcadores ISSR mostraram polimorfismo entre a planta matriz diploide e as plantas poliploides sintéticas. A taxa de polimorfismo variou de 1,81 a 5,45% nas plantas tetraploides e de 43,63 a 56,36% nas plantas triploides. Alterações no tamanho dos alelos de microssatélites também foram detectadas. A planta matriz diploide apresentou dez alelos, três dos quais foram compartilhados com as plantas triploides e sete com as plantas tetraploides. Todas as plantas triploides apresentaram 13 alelos, sendo dez deles correspondentes a alelos novos. O número de alelos detectados nas plantas tetraploides variou de oito a 11 e o número de alelos novos como consequência da poliploidização variou de dois a quatro. O componente majoritário detectado no óleo essencial da planta matriz diploide e das plantas tetraploides foi o citral e nas plantas triploides foi o linalol. A instabilidade genômica detectada em L. alba após sete anos de cultura in vitro pode ser devido à consequência da instabilidade do genoma natural combinada com a cultura in vitro a longo prazo. Os efeitos da poliploidização que resultam em reorganização genômica e alterações fisiológicas podem explicar a variação observada nas plantas poliploides sintéticas. Lippia alba is a medicinal species with a broad phenotypic diversity, including the essential oil composition. Genetic variation is probably the main cause of this variation. The species is a polyploid complex with five chromosome numbers (2n = 30, 38, 45, 60 and 90). Due to the economic importance and the natural genetic variation, this species represents an excellent model in studies on the genomic stability. This work aimed to investigate the genomic stability of 22 natural accessions grown in vitro for 7 years and in synthetic polyploid accessions obtained from the chromosome duplication of a natural diploid access using colchicine. To analyze the genome stability of long-term cultivated plants, four replicates (three maintained in vitro and one in the field) of 22 accessions were analyzed. The size of the genome was verified by flow cytometry and eight ISSR markers checked for stability in the DNA sequence. To evaluate the effect of polyploidization, eleven synthetic polyploid plants composed of 5 tetraploids (4X) and 6 mixoploids (2X/4X) were compared with the diploid parent plant. The comparisons were based on DNA content, chromosomal count, molecular markers ISSR and SSR, and chemical profile of the essential oil. The comparison between the plants maintained in vitro and the respective plants maintained in the field showed that 13 of the 22 accessions suffered a small reduction in the size of the genome. ISSR markers detected polymorphisms in the DNA sequence ranging from 1.61 to 33.87%. Only three accessions did not present polymorphic bands. The number of polymorphic bands among the other 19 accesses ranged from 1 to 21. Analysis of the ploidy of the synthetic polyploid plants carried out on leaves and roots confirmed the stability of the tetraploid plants. The mixoploid plants presented a single G1 peak corresponding to triploid plants. The chromosome analysis showed 60 chromosomes with twelve 45S rDNA sites in the synthetic tetraploids and nine 45S rDNA sites over the 45 chromosomes observed in the synthetics triploid plants. ISSR markers showed polymorphism between the diploid parent plant and synthetic polyploid plants. The polymorphism rate varied from 1.81 to 5.45% in the tetraploid plants and from 43.63 to 56.36% in the triploid plants. Changes in the size of the microsatellite alleles were also detected. The diploid parental plant presented 10 alleles, of which 3 were shared with the triploid plants and 7 with the tetraploid plants. All triploid plants had 13 alleles, 10 of which correspond to new alleles. The number of alleles detected in tetraploid plants ranged from 8 to 11 and the number of new alleles as a consequence of polyploidization ranged from 2 to 4. The major component detected in the essential oil of the parental diploid plant and the tetraploid plants was the citral and the triploid plants was the linalool. The genetic instability detected in L. alba after seven years of in vitro culture may be due to the consequence of natural genome instability combined with long-term in vitro culture. The effects of polyploidization that result in genomic reorganization and physiological changes may explain the variation observed in synthetic polyploid plants.

Trabalho Complementar apresentado à Universidade Fernando Pessoa como parte dos requisitos para obtenção do grau de licenciado em Ciências da Nutrição A dieta Mediterrânica é um dos padrões alimentares mais saudáveis do mundo. Pelo facto de ser uma dieta muito rica em nutrientes essenciais e substâncias com atividade antioxidante e anti-inflamatória, ela tem sido implicada na manutenção da estabilidade genómica, incluindo o DNA telomérico. A disfunção telomérica tem sido associada à senescência celular, apoptose e cancro. Por isso, a investigação da interação dieta-telómero é relevante para uma melhor compreensão do papel da nutrição na prevenção de doenças crónicas caracterizadas por envelhecimento precoce e instabilidade genómica/disfunção telomérica. Este trabalho de revisão bibliográfica descreve os principais avanços científicos e tecnológicos que estiveram na génese da genómica nutricional. Adicionalmente, ele analisa o papel da dieta Mediterrânica para a manutenção da estabilidade genómica e integridade telomérica, bem como o impacto de variações genéticas humanas específicas na relação nutriente-genoma, especialmente a nível do DNA telomérico. Tratando-se de uma área emergente da genómica nutricional, a continuidade da investigação será fundamental para possibilitar, no futuro, a integração do conhecimento técnico-científico na prática clínica e aconselhamento nutricional. The Mediterranean diet is one of the healthiest food standards of the world. Because of the abundance in essential nutrients and substances with antioxidant and anti-inflammatory activity, it has been implicated in the maintenance of genomic stability, including telomeric DNA. Telomeric dysfunction has been associated with cell senescence, apoptosis and cancer. Therefore, the research on diet-telomere interaction is relevant for a better understanding of the role of nutrition in the prevention of chronic diseases characterised by premature aging and genomic instability/telomeric dysfunction. In the present work, major technological and scientific advances that led to the development of the Nutritional Genomics field are reviewed. Additionally, the role of the Mediterranean diet on genomic stability/telomere integrity and the modulation of nutrient-genome (mainly telomeric DNA) by specific human genetic variations are analysed. As this is an emergent area of nutritional genomics, ongoing research is crucial to enable, in the future, the integration of technical and scientific knowledge into clinical practice and nutritional counselling. N/A

Micronutrientes, vitaminas e minerais, são indispensáveis para as vias de metabolismo do DNA e, além disso, são tão importantes para a manutenção da vida quanto os macronutrientes. Na ausência dos nutrientes adequados, a instabilidade genômica compromete a homeostase, ocasionando doenças crônicas e certos tipos de câncer. Meios de cultura celular tem por finalidade mimetizar o ambiente in vivo, proporcionando aos modelos in vitro condições adequadas para que se avalie a resposta celular aos diferentes estímulos. O artigo de revisão sumariza e discute os micronutrientes usados na suplementação das culturas celulares e sua influência na a viabilidade celular e a estabilidade genômica, focando nos estudos in vitro previamente realizados. Nestes estudos, os meios de cultura celular incluem certas vitaminas e minerais em concentrações distintas das fisiológicas in vivo. Em muitos meios de cultura comumente usados, a única fonte de micronutrientes é o Soro Fetal Bovino (SFB), o qual contribui com 5-10% da composição final do meio. Atenção insuficiente tem sido direcionada à composição de SFB, micronutrientes e culturas celulares como um todo, ou à influência de micronutrientes na viabilidade e genética de culturas celulares. Estudos adicionais avaliando melhor o papel de micronutrientes no nível molecular e a sua influência na estabilidade genômica de células ainda se fazem necessários. O micronutriente foco dessa tese é o Ferro (Fe), que por sua vez é um micronutriente essencial, sendo requerido para o crescimento, desenvolvimento e condições normais de funcionamento das células. Tanto seu excesso quanto a sua deficiência podem causar estresse oxidativo e dano ao DNA. Uma vez que os meios de cultura usualmente utilizados para culturas celulares têm níveis de Fe abaixo das concentrações encontradas no soro fisiológico humano, os objetivos deste estudo foram a avaliação do papel da suplementação com Fe na viabilidade celular, na produção de espécies reativas de oxigênio (ERO), na atividade da catalase, na integridade genômica, na expressão de proteínas de reparo de DNA que contém clusters Fe/S em sua estrutura (TFIIH e MutyH) e na expressão de receptores de absorção de Fe (CD71 e Nramp2). Duas linhagens celulares – MRC5 (fibroblasto pulmanar humano) e HepG2 (hepatocarcinoma) - e dois tipos de suplementação com Fe foram utilizados, holo-Transferrina (h-Tf) e FeSO4. Ambas suplementações foram capazes de aumentar os níveis intracelulares de Fe e a viabilidade genômica. A suplementação com Fe também aumentou a formação de ERO, sem alterar a atividade da catalase. No entanto, este aumento de ERO não foi acompanhado por genotoxicidade. No que se refere à expressão de proteínas de reparo ao DNA, os resultados sugerem que o pré-tratamento com h-Tf ou FeSO4 não exercem influência direta na expressão de TFIIH ou MutyH. Entretanto, na expressão de receptores de Fe, os resultados preliminares indicam que CD71 é uma via prioritária de absorção de Fe, estando relacionada com a homeostase de Fe, enquanto Nramp2 parece ter um papel secundário. Devido à importância fisiológica da h-Tf na homeostase do Fe e o acúmulo de ERO menos pronunciado, sugere-se que h-Tf seja uma melhor forma para a suplementação de Fe nas culturas in vitro. Estudos adicionais se fazem necessários para a melhor elucidação do papel do Fe na viabilidade celular e estabilidade genômica. Micronutrients, including minerals and vitamins, are indispensable to DNA metabolic pathways and thus are as important for life as macronutrients. Without the proper nutrients, genomic instability compromises homeostasis, leading to chronic diseases and certain types of cancer. Cell-culture media try to mimic the in vivo environment, providing in vitro models used to infer cells’ responses to different stimuli. The review summarizes and discusses studies of cellculture supplementation with micronutrients that can increase cell viability and genomic stability, with a particular focus on previous in vitro experiments. In these studies, the cell-culture media include certain vitamins and minerals at concentrations not equal to the physiological levels. In many common culture media, the sole source of micronutrients is fetal bovine serum (FBS), which contributes to only 5-10% of the media composition. Minimal attention has been dedicated to FBS composition, micronutrients in cell cultures as a whole, or the influence of micronutrients on the viability and genetics of culture cells. Further studies better evaluating micronutrients’ roles at a molecular level and its influence on the genomic stability of cells is still required. The micronutrient focus on this thesis is Iron (Fe), which is an essential micronutrient and is required for growth, development, and normal cellular functioning. Either excess or deficiency of iron can cause oxidative stress and DNA damage Since the cell media commonly used for cell culture has a lower iron concentration than the human serum, this study aimed to evaluate the role of iron supplementation on viability, reactive oxygen species (ROS) production, catalase activity, genome integrity and the expression of iron-bearing DNA repair proteins (TFIIH and MutyH) and proteins associated with iron absorption (CD71 and Nramp2). Two human cell lines – MRC5 (normal lung fibroblast) and HepG2 (hepatocellular carcinoma) and 2 sources of iron - holo-Transferrin (h-Tf) or FeSO4 were used. Both iron supplements were able to increase intracellular iron levels and cell viability. Iron supplementation increased the formation of ROS, but did not alter catalase activity. However, this increase was not accompanied by genotoxicity. Regarding the DNA repair protein expressions, the results suggest that 24h pre-treatment with h-Tf or FeSO4 has no role in the TFIIH or MutyH expressions. Although, in iron receptor proteins expression, the preliminary data could indicate that CD71 is priority related with Fe homeostasis while Nramp2 seems to have a secondary role. Due to h-Tf physiological role in the iron homeostasis and the less pronounced ROS accumulation, h-Tf could be a better iron supplier in vitro. Additional studies are still required to better elucidate the role of Fe in cell viability and genomic stability.